JP2000160157A - 金属シリサイド発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 - Google Patents
金属シリサイド発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子Info
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- JP2000160157A JP2000160157A JP33667698A JP33667698A JP2000160157A JP 2000160157 A JP2000160157 A JP 2000160157A JP 33667698 A JP33667698 A JP 33667698A JP 33667698 A JP33667698 A JP 33667698A JP 2000160157 A JP2000160157 A JP 2000160157A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】金属シリサイド発光材料およびその製造方法並
びにこれを用いた発光素子を提供する。 【解決手段】粒径がナノメ−トルオ−ダ−の金属シリサ
イド半導体粒子であるβ−鉄シリサイド半導体粒子４
が、多結晶シリコン３中に粒子状に分散した金属シリサ
イド発光材料と、スパッタリング、蒸着、または化学気
相堆積法（ＣＶＤ法）により、常温または加熱された基
板上に、金属シリサイド半導体粒子であるβ−鉄シリサ
イドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになる
ように鉄とシリコンの混合物か、または鉄とシリコンの
混合物、あるいは鉄と、シリコンを少なくとも一回以上
繰り返し堆積し、必要に応じて、その後アニ−ルして、
金属シリサイド半導体粒子４を析出させる発光材料の製
造方法。
びにこれを用いた発光素子を提供する。 【解決手段】粒径がナノメ−トルオ−ダ−の金属シリサ
イド半導体粒子であるβ−鉄シリサイド半導体粒子４
が、多結晶シリコン３中に粒子状に分散した金属シリサ
イド発光材料と、スパッタリング、蒸着、または化学気
相堆積法（ＣＶＤ法）により、常温または加熱された基
板上に、金属シリサイド半導体粒子であるβ−鉄シリサ
イドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになる
ように鉄とシリコンの混合物か、または鉄とシリコンの
混合物、あるいは鉄と、シリコンを少なくとも一回以上
繰り返し堆積し、必要に応じて、その後アニ−ルして、
金属シリサイド半導体粒子４を析出させる発光材料の製
造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光で通信を行う光
インタ−コネクションの分野で使用されるシリコンベ−
スの発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発
光素子に関するものである。また、上記発光材料を用い
て、ディスプレイ、発光ダイオ−ド（ＬＥＤ）、レ−ザ
−ダイオ−ド（ＬＤ）を作製し、コスト的に有利な発光
素子やシリコン製演算素子と一体化したディスプレイを
提供することに関するものである。
インタ−コネクションの分野で使用されるシリコンベ−
スの発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発
光素子に関するものである。また、上記発光材料を用い
て、ディスプレイ、発光ダイオ−ド（ＬＥＤ）、レ−ザ
−ダイオ−ド（ＬＤ）を作製し、コスト的に有利な発光
素子やシリコン製演算素子と一体化したディスプレイを
提供することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光インタ−コネクションのためのシリコ
ン基板上の発光素子としては、ガリウム砒素系等の化合
物半導体の応用が候補となるが、それらの化合物半導体
は、シリコン基板上で欠陥の少ない構造を作製すること
が困難であり、熱安定性が乏しく、しかもその製造にお
いては、既存のシリコン集積回路製造プロセスのみでは
対応できず、新たな製造プロセスの付加が必要となり、
コストの高いものとなってしまう。そこで、既存のシリ
コン集積回路製造プロセスで製造可能なシリコンベ−ス
の発光構造作製技術が望まれている。従来、この種の発
光素子のうち電流注入で発光する素子として、石英の光
ファイバに適した１．５μｍ付近の波長で発光するβ−
鉄シリサイドを含む発光素子が報告されている（Ｄ．Ｌ
ｅｏｎｇ，Ｍ．Ｈａｒｒｙ，Ｋ．Ｊ．Ｒｅｅｓｅｎ，ａ
ｎｄＫ．Ｐ．Ｈｏｍｅｗｏｏｄ，ＮＡＴＵＲＥ Ｖｏ
ｌ．３８７，１２Ｊｕｎｅ１９９７，ｐ６８６−ｐ６８
８）。この発光素子は、結晶方位（１００）のｎ型のシ
リコン基板上にエピタキシャル成長によりｎ型のシリコ
ン層とｐ型のシリコン層を積層し、この基板上のｐｎ接
合の界面付近のｐ型シリコン層に鉄イオンを注入した
後、アニ−ル処理してβ−鉄シリサイドの結晶層を形成
して造られる。
ン基板上の発光素子としては、ガリウム砒素系等の化合
物半導体の応用が候補となるが、それらの化合物半導体
は、シリコン基板上で欠陥の少ない構造を作製すること
が困難であり、熱安定性が乏しく、しかもその製造にお
いては、既存のシリコン集積回路製造プロセスのみでは
対応できず、新たな製造プロセスの付加が必要となり、
コストの高いものとなってしまう。そこで、既存のシリ
コン集積回路製造プロセスで製造可能なシリコンベ−ス
の発光構造作製技術が望まれている。従来、この種の発
光素子のうち電流注入で発光する素子として、石英の光
ファイバに適した１．５μｍ付近の波長で発光するβ−
鉄シリサイドを含む発光素子が報告されている（Ｄ．Ｌ
ｅｏｎｇ，Ｍ．Ｈａｒｒｙ，Ｋ．Ｊ．Ｒｅｅｓｅｎ，ａ
ｎｄＫ．Ｐ．Ｈｏｍｅｗｏｏｄ，ＮＡＴＵＲＥ Ｖｏ
ｌ．３８７，１２Ｊｕｎｅ１９９７，ｐ６８６−ｐ６８
８）。この発光素子は、結晶方位（１００）のｎ型のシ
リコン基板上にエピタキシャル成長によりｎ型のシリコ
ン層とｐ型のシリコン層を積層し、この基板上のｐｎ接
合の界面付近のｐ型シリコン層に鉄イオンを注入した
後、アニ−ル処理してβ−鉄シリサイドの結晶層を形成
して造られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記β−鉄シ
リサイドを含む発光素子は、β−鉄シリサイドの結晶層
の形状が制御されておらず、サイズがそろって無く、し
かもイオン注入では結晶性のよいβ−鉄シリサイドが得
られないため、外部量子効率が０．１％程度に止まり、
発光効率が低いという問題点があった。本発明の目的
は、発光効率が高く、閾値電流の低い発光材料を提供す
ることにある。また、本発明の別の目的は、半導体基板
上に作製可能であって、各種の光ファイバに適合するよ
うに発光波長を調整することが可能であって、上記発光
材料を簡便に、かつ安価に製造する方法を提供すること
にある。また、本発明の別の目的は、上記発光材料を用
いて、ＬＥＤ、ＬＤ、ディスプレイに適用できる発光素
子を提供することにある。
リサイドを含む発光素子は、β−鉄シリサイドの結晶層
の形状が制御されておらず、サイズがそろって無く、し
かもイオン注入では結晶性のよいβ−鉄シリサイドが得
られないため、外部量子効率が０．１％程度に止まり、
発光効率が低いという問題点があった。本発明の目的
は、発光効率が高く、閾値電流の低い発光材料を提供す
ることにある。また、本発明の別の目的は、半導体基板
上に作製可能であって、各種の光ファイバに適合するよ
うに発光波長を調整することが可能であって、上記発光
材料を簡便に、かつ安価に製造する方法を提供すること
にある。また、本発明の別の目的は、上記発光材料を用
いて、ＬＥＤ、ＬＤ、ディスプレイに適用できる発光素
子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
例えば、図１に示す様に粒径がナノメ−トルオ−ダ−の
金属シリサイド半導体であるβ−鉄シリサイド半導体粒
子（４）が、多結晶シリコン（３）中に粒子状に分散し
た金属シリサイド発光材料である。粒径がナノメ−トル
オ−ダ−のβ−鉄シリサイド半導体粒子（４）が、粒子
状の結晶状態でβ−鉄シリサイドよりもバンドギャプの
大きい多結晶シリコン（３）中に分散しているため、注
入されたキャリアはβ−鉄シリサイド半導体粒子（４）
の内部に閉じ込められる。従って、イオン注入によりシ
リコン半導体のｐｎ接合の界面付近に鉄イオンを打ち込
んだ後、アニ−ル処理してβ−鉄シリサイド結晶層を形
成させた従来の発光材料に比べて、この発明の発光材料
の発光効率は格段に向上する。請求項２に係わる発明
は、請求項１に記載された発光材料の製造方法である。
常温のままか、必要に応じて加熱された基板上に、スパ
ッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用いて、β−鉄シ
リサイドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチに
なるように鉄とシリコンの混合物を堆積して、シリコン
層（３）中にβ−鉄シリサイド半導体粒子（４）を粒子
状に析出させるものである。請求項３に係わる発明は、
請求項１に記載された発光材料の製造方法である。常温
のままか、必要に応じて加熱された基板上に、スパッタ
リング、蒸着、またはＣＶＤ法を用いて、β−鉄シリサ
イドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになる
ように鉄とシリコンの混合物を堆積し、その後アニ−ル
して、シリコン層（３）中にβ−鉄シリサイド半導体粒
子（４）を粒子状に析出させるものである。請求項４に
係わる発明は、請求項１に記載された発光材料の製造方
法である。スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用
いて、鉄とシリコンの混合物、あるいは鉄の堆積と、シ
リコンの堆積を常温のままか、加熱された基板上に交互
に行い、シリコン層（３）中にβ−鉄シリサイド半導体
粒子（４）を粒子状に析出させるものである。請求項５
に係わる発明は、請求項１に記載された発光材料の製造
方法である。スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を
用いて、鉄とシリコンの混合物、あるいは鉄の堆積と、
シリコンの堆積を常温または加熱された基板上に交互に
行い、その後アニ−ルして、シリコン層（３）中にβ−
鉄シリサイド半導体粒子（４）を粒子状に析出させるも
のである。請求項６に係わる発明は、請求項１記載の発
光材料を活性層とする発光素子を造ることである。請求
項１記載の発光材料を、請求項２から５までのいずれか
の製造方法により作製した場合、非発光センタ−として
働く格子欠陥、転位、界面準位が少なく、また粒子のサ
イズの揃ったものが出来るため、サイズのばらつきに伴
う電気抵抗が小さく、発光ピ−クの半値幅が小さいた
め、従来の方法に比べ、請求項６および８記載の発光素
子の外部量子効率は格段に向上する。請求項７に係る発
明は、上記金属シリサイド半導体粒子を形成する金属原
子が、鉄に代わり、カルシウム、マグネシウム、バリウ
ム、クロム、マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミ
ウムまたはイリジウムである請求項１記載の金属シリサ
イド発光材料および請求項２から５までのいずれかに記
載の金属シリサイド発光材料の製造方法並びに請求項６
記載の発光素子である。請求項８に係る発明は、上記多
結晶シリコン（３）に代わり、炭化ケイ素、窒化ケイ素
または酸化ケイ素である請求項１または７記載の金属シ
リサイド発光材料および請求項２から５または７のいず
れかに記載の金属シリサイド発光材料の製造方法並びに
請求項６または７記載の発光素子である。
例えば、図１に示す様に粒径がナノメ−トルオ−ダ−の
金属シリサイド半導体であるβ−鉄シリサイド半導体粒
子（４）が、多結晶シリコン（３）中に粒子状に分散し
た金属シリサイド発光材料である。粒径がナノメ−トル
オ−ダ−のβ−鉄シリサイド半導体粒子（４）が、粒子
状の結晶状態でβ−鉄シリサイドよりもバンドギャプの
大きい多結晶シリコン（３）中に分散しているため、注
入されたキャリアはβ−鉄シリサイド半導体粒子（４）
の内部に閉じ込められる。従って、イオン注入によりシ
リコン半導体のｐｎ接合の界面付近に鉄イオンを打ち込
んだ後、アニ−ル処理してβ−鉄シリサイド結晶層を形
成させた従来の発光材料に比べて、この発明の発光材料
の発光効率は格段に向上する。請求項２に係わる発明
は、請求項１に記載された発光材料の製造方法である。
常温のままか、必要に応じて加熱された基板上に、スパ
ッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用いて、β−鉄シ
リサイドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチに
なるように鉄とシリコンの混合物を堆積して、シリコン
層（３）中にβ−鉄シリサイド半導体粒子（４）を粒子
状に析出させるものである。請求項３に係わる発明は、
請求項１に記載された発光材料の製造方法である。常温
のままか、必要に応じて加熱された基板上に、スパッタ
リング、蒸着、またはＣＶＤ法を用いて、β−鉄シリサ
イドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになる
ように鉄とシリコンの混合物を堆積し、その後アニ−ル
して、シリコン層（３）中にβ−鉄シリサイド半導体粒
子（４）を粒子状に析出させるものである。請求項４に
係わる発明は、請求項１に記載された発光材料の製造方
法である。スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用
いて、鉄とシリコンの混合物、あるいは鉄の堆積と、シ
リコンの堆積を常温のままか、加熱された基板上に交互
に行い、シリコン層（３）中にβ−鉄シリサイド半導体
粒子（４）を粒子状に析出させるものである。請求項５
に係わる発明は、請求項１に記載された発光材料の製造
方法である。スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を
用いて、鉄とシリコンの混合物、あるいは鉄の堆積と、
シリコンの堆積を常温または加熱された基板上に交互に
行い、その後アニ−ルして、シリコン層（３）中にβ−
鉄シリサイド半導体粒子（４）を粒子状に析出させるも
のである。請求項６に係わる発明は、請求項１記載の発
光材料を活性層とする発光素子を造ることである。請求
項１記載の発光材料を、請求項２から５までのいずれか
の製造方法により作製した場合、非発光センタ−として
働く格子欠陥、転位、界面準位が少なく、また粒子のサ
イズの揃ったものが出来るため、サイズのばらつきに伴
う電気抵抗が小さく、発光ピ−クの半値幅が小さいた
め、従来の方法に比べ、請求項６および８記載の発光素
子の外部量子効率は格段に向上する。請求項７に係る発
明は、上記金属シリサイド半導体粒子を形成する金属原
子が、鉄に代わり、カルシウム、マグネシウム、バリウ
ム、クロム、マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミ
ウムまたはイリジウムである請求項１記載の金属シリサ
イド発光材料および請求項２から５までのいずれかに記
載の金属シリサイド発光材料の製造方法並びに請求項６
記載の発光素子である。請求項８に係る発明は、上記多
結晶シリコン（３）に代わり、炭化ケイ素、窒化ケイ素
または酸化ケイ素である請求項１または７記載の金属シ
リサイド発光材料および請求項２から５または７のいず
れかに記載の金属シリサイド発光材料の製造方法並びに
請求項６または７記載の発光素子である。
【０００５】
【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
いて説明する。本発明の金属シリサイド発光材料は、多
結晶半導体シリコン（Ｓｉ）、あるいは、炭化ケイ素
（ＳｉＣｘ，但し、０＜ｘ≦１）、もしくは絶縁体の窒
化ケイ素（Ｓｉ3Ｎｙ，但し、０＜ｙ≦４）または酸化
ケイ素（ＳｉＯｚ，但し、０＜ｚ≦２）中に金属シリサ
イド半導体粒子が粒子状に分散している。この構造は常
温のままか、必要に応じて加熱された基板上に、スパッ
タリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用いて、金属シリサ
イドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになる
ように金属とシリコンの混合物を堆積し、必要に応じて
その後アニ−ルして、シリコン層（３）中に、例えばβ
−鉄シリサイド半導体粒子（４）を粒子状に析出させ
る。または常温のままか、必要に応じて加熱された基板
上に、スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用い
て、金属とシリコンの同時、あるいは金属の堆積と、シ
リコンの堆積を基板上に交互に行い、必要に応じてその
後アニ−ルして、シリコン層（３）中に金属シリサイド
半導体粒子（４）を粒子状に析出させる。あるいはシリ
コン（３）のかわりに炭化ケイ素、窒化ケイ素、または
酸化ケイ素を用いる。スパッタリングを用いる場合、シ
リコンと金属のタ−ゲットの面積比、基板温度、アニ−
ル温度を制御することにより結晶性の良い金属シリサイ
ド半導体粒子を粒経を制御して作製できる。蒸着を用い
る場合、堆積する金属原子とシリコンの原材料比、原材
料の加熱温度、基板温度、アニ−ル温度を制御すること
により結晶性の良い金属シリサイド半導体粒子を粒経を
制御して作製できる。ＣＶＤ法を用いる場合、原料ガス
の流入量、ガス比、ガス圧、堆積時間、基板温度、アニ
−ル温度を制御することにより結晶性の良い金属シリサ
イド半導体粒子を粒径を制御して作製できる。本発明の
金属シリサイド発光材料を活性層とする発光素子として
は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層で本発明の金属シリサ
イド発光材料を挟んだ構造、本発明の金属シリサイド発
光材料にド−パントを混ぜて、ｐ型またはｎ型に伝導性
を決定し、ｎ型またはｐ型の半導体と接合してｐｎ接合
を造る方法、本発明の金属シリサイド発光材料でｐ型層
とｎ型層を造って、ｐｎ接合を造る方法がある。あるい
は、金属シリサイド発光材料を金属と半導体で挟んでＭ
ＩＳ構造を造る。金属シリサイド半導体にド−パントを
添加して電気伝導特性を決定する場合、例えば、β−鉄
シリサイドをｐ型にするには、ＡｌやＭｎ、ｎ型にする
には、Ｃｏをド−パントとして用いれば良いことが知ら
れている。このように周期律表で見て金属元素の左の列
の元素がｐ型、右の列の元素がｎ型のド−パントとな
る。また、Ｓｉのド−パントも、やはり金属シリサイド
のド−パントとして働くので、族元素がｐ型、Ｖ族元素
がｎ型のド−パントとなる。金属シリサイド半導体粒子
を構成する金属原子の種類と粒径を変えることにより光
インタ−コネクションの分野で使用される各種の光ファ
イバに適した波長を発光する発光素子を造り出すことが
できる。この金属原子は、カルシウム、マグネシウム、
バリウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、レニウ
ム、オスミウムまたはイリジウムから選ばれる。金属シ
リサイド半導体粒子の粒径は、上記作製条件を制御する
ことにより変えることができる。またその粒径もナノメ
−トルオ−ダ−（１ｎｍ〜数百ｎｍ）に揃えることがで
きる。この粒径は発光効率を考慮すると、好ましくは１
〜１００ｎｍである。そのために金属シリサイドの堆積
時間と温度は金属シリサイドが膜状にならないように制
御される。上記金属シリサイド半導体粒子は、金属原子
毎に発光する波長が異なるため、用途に応じて所望の金
属シリサイドが選択される。例えば、β−鉄シリサイド
は、約１．５μｍの波長の光を発光するので、石英の光
ファイバに適する。また、粒経を２０ｎｍ以下にする
と、量子サイズ効果により発光波長は、短波長側へシフ
トする。よって金属原子と粒経の組で発光波長を光イン
タ−コネクションの分野で使用される各種の光ファイバ
に適合した波長に決定できる。
いて説明する。本発明の金属シリサイド発光材料は、多
結晶半導体シリコン（Ｓｉ）、あるいは、炭化ケイ素
（ＳｉＣｘ，但し、０＜ｘ≦１）、もしくは絶縁体の窒
化ケイ素（Ｓｉ3Ｎｙ，但し、０＜ｙ≦４）または酸化
ケイ素（ＳｉＯｚ，但し、０＜ｚ≦２）中に金属シリサ
イド半導体粒子が粒子状に分散している。この構造は常
温のままか、必要に応じて加熱された基板上に、スパッ
タリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用いて、金属シリサ
イドのストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになる
ように金属とシリコンの混合物を堆積し、必要に応じて
その後アニ−ルして、シリコン層（３）中に、例えばβ
−鉄シリサイド半導体粒子（４）を粒子状に析出させ
る。または常温のままか、必要に応じて加熱された基板
上に、スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法を用い
て、金属とシリコンの同時、あるいは金属の堆積と、シ
リコンの堆積を基板上に交互に行い、必要に応じてその
後アニ−ルして、シリコン層（３）中に金属シリサイド
半導体粒子（４）を粒子状に析出させる。あるいはシリ
コン（３）のかわりに炭化ケイ素、窒化ケイ素、または
酸化ケイ素を用いる。スパッタリングを用いる場合、シ
リコンと金属のタ−ゲットの面積比、基板温度、アニ−
ル温度を制御することにより結晶性の良い金属シリサイ
ド半導体粒子を粒経を制御して作製できる。蒸着を用い
る場合、堆積する金属原子とシリコンの原材料比、原材
料の加熱温度、基板温度、アニ−ル温度を制御すること
により結晶性の良い金属シリサイド半導体粒子を粒経を
制御して作製できる。ＣＶＤ法を用いる場合、原料ガス
の流入量、ガス比、ガス圧、堆積時間、基板温度、アニ
−ル温度を制御することにより結晶性の良い金属シリサ
イド半導体粒子を粒径を制御して作製できる。本発明の
金属シリサイド発光材料を活性層とする発光素子として
は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層で本発明の金属シリサ
イド発光材料を挟んだ構造、本発明の金属シリサイド発
光材料にド−パントを混ぜて、ｐ型またはｎ型に伝導性
を決定し、ｎ型またはｐ型の半導体と接合してｐｎ接合
を造る方法、本発明の金属シリサイド発光材料でｐ型層
とｎ型層を造って、ｐｎ接合を造る方法がある。あるい
は、金属シリサイド発光材料を金属と半導体で挟んでＭ
ＩＳ構造を造る。金属シリサイド半導体にド−パントを
添加して電気伝導特性を決定する場合、例えば、β−鉄
シリサイドをｐ型にするには、ＡｌやＭｎ、ｎ型にする
には、Ｃｏをド−パントとして用いれば良いことが知ら
れている。このように周期律表で見て金属元素の左の列
の元素がｐ型、右の列の元素がｎ型のド−パントとな
る。また、Ｓｉのド−パントも、やはり金属シリサイド
のド−パントとして働くので、族元素がｐ型、Ｖ族元素
がｎ型のド−パントとなる。金属シリサイド半導体粒子
を構成する金属原子の種類と粒径を変えることにより光
インタ−コネクションの分野で使用される各種の光ファ
イバに適した波長を発光する発光素子を造り出すことが
できる。この金属原子は、カルシウム、マグネシウム、
バリウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、レニウ
ム、オスミウムまたはイリジウムから選ばれる。金属シ
リサイド半導体粒子の粒径は、上記作製条件を制御する
ことにより変えることができる。またその粒径もナノメ
−トルオ−ダ−（１ｎｍ〜数百ｎｍ）に揃えることがで
きる。この粒径は発光効率を考慮すると、好ましくは１
〜１００ｎｍである。そのために金属シリサイドの堆積
時間と温度は金属シリサイドが膜状にならないように制
御される。上記金属シリサイド半導体粒子は、金属原子
毎に発光する波長が異なるため、用途に応じて所望の金
属シリサイドが選択される。例えば、β−鉄シリサイド
は、約１．５μｍの波長の光を発光するので、石英の光
ファイバに適する。また、粒経を２０ｎｍ以下にする
と、量子サイズ効果により発光波長は、短波長側へシフ
トする。よって金属原子と粒経の組で発光波長を光イン
タ−コネクションの分野で使用される各種の光ファイバ
に適合した波長に決定できる。
【０００６】半導体基板（１）としてはシリコン基板が
好ましい。
好ましい。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について、具体的に説
明する。 ［実施例１］図２に示す様に、ガス流入孔１２、１３が
取り付けられたＣＶＤ炉１１において、ガス流入孔１２
からは、Ｎ2ガスで希釈されたＳｉＨ4ガスとド−パント
用のＢ2Ｈ6ガスとがＣＶＤ炉１１内に注入され、ガス流
入孔１３からは、Ｎ2ガスで希釈されたＦｅＣｌ2とＦｅ
Ｃｌ3を主成分とする鉄塩化物ガスが注入された。予め
イオンインプランテ−ションによって、ｎ型高ド−プ層
が形成されているＳｉ（１００）ｎ型基板１７がＣＶＤ
炉中でウェ−ハホルダ−１８にセットされた。鉄塩化物
ガスは、反応炉１４で生成される。反応炉１４中には純
度９９．９９５％の鉄のワイヤ−１５がフィラメント状
に通してあり、３００℃に熱せられた。反応炉１４に取
り付けられたガス流入孔１６からＮ2ガスに希釈された
Ｃｌ2ガスが反応炉１４中に流入され、Ｃｌ2ガスと鉄ワ
イヤ−１５との化学反応によって鉄塩化物ガスが生じ、
ガス流入孔１３を通ってＣＶＤ炉１１に達した。下記２
つのプロセスを交互に行い、最初と最後は必ず多結晶シ
リコン膜の成膜過程とした。基板温度を８００℃とし、
ガス流入孔１２からは、Ｎ2ガスで希釈されたＳｉＨ4ガ
スを、ガス流入孔３からＮ2ガスで希釈された鉄塩化物
ガスを導入した。シリコンリッチとなる様に、ＳｉＨ4
と鉄塩化物ガスのモル比が約１０：１となる様にガスを
導入した。粒径約５ｎｍのβ−鉄シリサイド結晶が多結
晶シリコン中に粒子状に析出した層が得られた。基板温
度が充分高いため、アニ−ルは必要としなかった。その
後、注入孔１２からＮ2ガスで希釈されたＳｉＨ4とＢ2
Ｈ6ガスを、温度６２０℃の条件で流し、ｐ型高ド−プ
多結晶シリコン膜５を形成した。次いで、上記の構成の
ｎ型基板の裏面にＡu−Ｓｂ合金を蒸着し、多結晶シリ
コン膜の上にスパッタリングによりＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕ
ｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）層を形成し、オ−ミック電極とす
ることにより、本発明の鉄シリサイド発光素子が得られ
た。図３は、本実施例での順方向電流注入による発光特
性である。光通信に使用される波長の１つである１．３
μｍ近傍にピ−クを有するエレクトロルミネッセンスを
確認した。これは、量子サイズ効果により１．５μｍよ
りも短波長で発光したものと考えられる。
明する。 ［実施例１］図２に示す様に、ガス流入孔１２、１３が
取り付けられたＣＶＤ炉１１において、ガス流入孔１２
からは、Ｎ2ガスで希釈されたＳｉＨ4ガスとド−パント
用のＢ2Ｈ6ガスとがＣＶＤ炉１１内に注入され、ガス流
入孔１３からは、Ｎ2ガスで希釈されたＦｅＣｌ2とＦｅ
Ｃｌ3を主成分とする鉄塩化物ガスが注入された。予め
イオンインプランテ−ションによって、ｎ型高ド−プ層
が形成されているＳｉ（１００）ｎ型基板１７がＣＶＤ
炉中でウェ−ハホルダ−１８にセットされた。鉄塩化物
ガスは、反応炉１４で生成される。反応炉１４中には純
度９９．９９５％の鉄のワイヤ−１５がフィラメント状
に通してあり、３００℃に熱せられた。反応炉１４に取
り付けられたガス流入孔１６からＮ2ガスに希釈された
Ｃｌ2ガスが反応炉１４中に流入され、Ｃｌ2ガスと鉄ワ
イヤ−１５との化学反応によって鉄塩化物ガスが生じ、
ガス流入孔１３を通ってＣＶＤ炉１１に達した。下記２
つのプロセスを交互に行い、最初と最後は必ず多結晶シ
リコン膜の成膜過程とした。基板温度を８００℃とし、
ガス流入孔１２からは、Ｎ2ガスで希釈されたＳｉＨ4ガ
スを、ガス流入孔３からＮ2ガスで希釈された鉄塩化物
ガスを導入した。シリコンリッチとなる様に、ＳｉＨ4
と鉄塩化物ガスのモル比が約１０：１となる様にガスを
導入した。粒径約５ｎｍのβ−鉄シリサイド結晶が多結
晶シリコン中に粒子状に析出した層が得られた。基板温
度が充分高いため、アニ−ルは必要としなかった。その
後、注入孔１２からＮ2ガスで希釈されたＳｉＨ4とＢ2
Ｈ6ガスを、温度６２０℃の条件で流し、ｐ型高ド−プ
多結晶シリコン膜５を形成した。次いで、上記の構成の
ｎ型基板の裏面にＡu−Ｓｂ合金を蒸着し、多結晶シリ
コン膜の上にスパッタリングによりＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕ
ｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）層を形成し、オ−ミック電極とす
ることにより、本発明の鉄シリサイド発光素子が得られ
た。図３は、本実施例での順方向電流注入による発光特
性である。光通信に使用される波長の１つである１．３
μｍ近傍にピ−クを有するエレクトロルミネッセンスを
確認した。これは、量子サイズ効果により１．５μｍよ
りも短波長で発光したものと考えられる。
【０００８】［実施例２］スパッタリングを用いた実施
例を説明する。図４の様な高周波スパッタリング装置を
用いた。タ−ゲットとしてはＳｉタ−ゲット上に純度９
９．９９５％の板状の鉄材を置いた。Ｓｉと鉄の面積比
が８：１になるように鉄材の量を決めた。ド−パントと
してＡｌを用いるため、鉄材の重量比１００分の１のＡ
ｌ片をＳｉタ−ゲット上に置いた。基板としてはｎ型シ
リコン基板を用い、基板温度を５５０℃とした。装置内
は窒素充填の後、真空引きを行い、Ａｒガスを充填し
た。タ−ゲットと基板の間に高周波電圧を印加してＡｒ
イオンを発生させてタ−ゲットをスパッタした。シャッ
タ−を１０分間開けて基板上に鉄とＳｉとＡｌを堆積さ
せた。基板温度が充分高温であったため、ｐ型多結晶Ｓ
ｉ膜中にｐ型のβ−鉄シリサイド微結晶の析出した構造
である本発明の金属シリサイド発光材料が得られた。ｎ
型Ｓｉ基板の裏面にＡｕ−Ｓｂ合金を蒸着し、金属シリ
サイド発光材料の上面にスパッタリングでＩＴＯ層を形
成して電極とし、本発明のβ−鉄シリサイド発光素子を
得た（図５）。本実施例でも、順方向電流注入により
１．３μｍ付近にピ−クを持つ発光が確認できた。
例を説明する。図４の様な高周波スパッタリング装置を
用いた。タ−ゲットとしてはＳｉタ−ゲット上に純度９
９．９９５％の板状の鉄材を置いた。Ｓｉと鉄の面積比
が８：１になるように鉄材の量を決めた。ド−パントと
してＡｌを用いるため、鉄材の重量比１００分の１のＡ
ｌ片をＳｉタ−ゲット上に置いた。基板としてはｎ型シ
リコン基板を用い、基板温度を５５０℃とした。装置内
は窒素充填の後、真空引きを行い、Ａｒガスを充填し
た。タ−ゲットと基板の間に高周波電圧を印加してＡｒ
イオンを発生させてタ−ゲットをスパッタした。シャッ
タ−を１０分間開けて基板上に鉄とＳｉとＡｌを堆積さ
せた。基板温度が充分高温であったため、ｐ型多結晶Ｓ
ｉ膜中にｐ型のβ−鉄シリサイド微結晶の析出した構造
である本発明の金属シリサイド発光材料が得られた。ｎ
型Ｓｉ基板の裏面にＡｕ−Ｓｂ合金を蒸着し、金属シリ
サイド発光材料の上面にスパッタリングでＩＴＯ層を形
成して電極とし、本発明のβ−鉄シリサイド発光素子を
得た（図５）。本実施例でも、順方向電流注入により
１．３μｍ付近にピ−クを持つ発光が確認できた。
【０００９】［実施例３］蒸着を用いた実施例を説明す
る。Ｓｉと鉄とＡｌをボ−ト状のヒ−タ−に入れ１５０
０℃に加熱し、ｎ型Ｓｉ基板上に蒸着した。Ｓｉと鉄の
モル比が１０：１になるように原材料を用意した。ド−
パントとしてのＡｌは鉄とのモル比が１００００分の１
になるように原材料を用意した。約２５分間蒸着した
後、８００℃で基板をアニ−ルして、Ｓｉ膜中にβ−鉄
シリサイドを析出させた。実施例２と同様に電極を形成
し、実施例２と同様の発光素子を作製した。その発光特
性は実施例２の素子と大差無かった。
る。Ｓｉと鉄とＡｌをボ−ト状のヒ−タ−に入れ１５０
０℃に加熱し、ｎ型Ｓｉ基板上に蒸着した。Ｓｉと鉄の
モル比が１０：１になるように原材料を用意した。ド−
パントとしてのＡｌは鉄とのモル比が１００００分の１
になるように原材料を用意した。約２５分間蒸着した
後、８００℃で基板をアニ−ルして、Ｓｉ膜中にβ−鉄
シリサイドを析出させた。実施例２と同様に電極を形成
し、実施例２と同様の発光素子を作製した。その発光特
性は実施例２の素子と大差無かった。
【００１０】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明の発光材料は、
基板上に、スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法とい
う従来の簡便な工程を利用して安価に製造できる。また
これらの製造方法により、結晶性が良く、界面の乱れが
少なく、粒径の揃った金属シリサイド半導体粒子が、多
結晶のシリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素または酸化ケ
イ素中に粒子状に分散した構造を有するため、注入され
たキャリアが金属シリサイド半導体内部に閉じ込められ
ることにより発光効率が向上し、外部量子効率が高く、
粒径と金属の元素の種類によって発光波長の制御が可能
な発光材料を提供できる。発光波長の制御により、各種
光フャイバに適合した波長で発光する発光素子を提供で
きる。従来よりも安価に発光ダイオ−ド、レ−ザ−ダイ
オ−ドを提供できる。本発明の発光素子を用いて半導体
基板上に直接ディスプレイを造り込むことが出来るの
で、制御回路と一体化したディスプレイを提供できる。
基板上に、スパッタリング、蒸着、またはＣＶＤ法とい
う従来の簡便な工程を利用して安価に製造できる。また
これらの製造方法により、結晶性が良く、界面の乱れが
少なく、粒径の揃った金属シリサイド半導体粒子が、多
結晶のシリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素または酸化ケ
イ素中に粒子状に分散した構造を有するため、注入され
たキャリアが金属シリサイド半導体内部に閉じ込められ
ることにより発光効率が向上し、外部量子効率が高く、
粒径と金属の元素の種類によって発光波長の制御が可能
な発光材料を提供できる。発光波長の制御により、各種
光フャイバに適合した波長で発光する発光素子を提供で
きる。従来よりも安価に発光ダイオ−ド、レ−ザ−ダイ
オ−ドを提供できる。本発明の発光素子を用いて半導体
基板上に直接ディスプレイを造り込むことが出来るの
で、制御回路と一体化したディスプレイを提供できる。
【図１】本発明の発光素子の構成を示す模式断面図。
【図２】本発明の発光材料の製造に使用するＣＶＤ装置
の概略断面図。
の概略断面図。
【図３】本実施例での順方向電流注入による発光特性。
【図４】本発明の発光材料の製造に使用するスパッタリ
ング装置の概略断面図。
ング装置の概略断面図。
【図５】実施例２に係わる本発明の発光素子の構成を示
す模式断面図。
す模式断面図。
１ｎ型半導体基板 ２高ド−プｎ型単結晶半導体層 ３多結晶シリコン層 ４β−鉄シリサイドドット ５高ド−プｐ型多結晶半導体層 ６ｎ型半導体のオ−ミック電極 ７ｐ型半導体の極薄オ−ミック電極 １１ＣＶＤ炉 １２ガス流入口２ １３ガス流入口３ １４反応炉 １５鉄のワイヤ− １６ガス流入口 １７基板 １８ウエ−ハホルダ−
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ａ Ｈ０１Ｓ 5/30 Ｈ０１Ｓ 3/18 (72)発明者 佐々 絋一 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4H001 XA12 XA14 XA20 XA24 XA25 XA26 XA44 XA56 XA75 XA76 XA77 5F041 AA03 CA24 CA46 CA67 CA73 5F073 CA24 CB04 DA16 DA35
Claims (8)
- 【請求項１】粒径がナノメ−トルオ−ダ−の金属シリサ
イド半導体粒子であるβ−鉄シリサイド半導体粒子
（４）が、多結晶シリコン（３）中に粒子状に分散した
ことを特徴とする金属シリサイド発光材料。 - 【請求項２】スパッタリング、蒸着、または化学気相堆
積法（ＣＶＤ法）により、常温または加熱された基板上
に、金属シリサイド半導体粒子であるβ−鉄シリサイド
のストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになるよう
に鉄とシリコンの混合物を少なくとも一回以上繰り返し
堆積してシリコン層（３）中に金属シリサイド半導体粒
子（４）を析出させることを特徴とする請求項１記載の
金属シリサイド発光材料の製造方法。 - 【請求項３】スパッタリング、蒸着、または化学気相堆
積法（ＣＶＤ法）により、常温または加熱された基板上
に、金属シリサイド半導体粒子であるβ−鉄シリサイド
のストイキオメトリ−よりもシリコンリッチになるよう
に鉄とシリコンの混合物を少なくとも一回以上繰り返し
堆積し、その後アニ−ルしてシリコン層（３）中に金属
シリサイド半導体粒子（４）を析出させることを特徴と
する請求項１記載の金属シリサイド発光材料の製造方
法。 - 【請求項４】スパッタリング、蒸着、または化学気相堆
積法（ＣＶＤ法）により、鉄とシリコンの混合物、ある
いは鉄の堆積と、シリコンの堆積を常温または加熱され
た基板上に交互に少なくとも一回以上繰り返し行い、シ
リコン層（３）中に金属シリサイド半導体粒子であるβ
−鉄シリサイド半導体粒子（４）を析出させることを特
徴とする請求項１記載の金属シリサイド発光材料の製造
方法。 - 【請求項５】スパッタリング、蒸着、または化学気相堆
積法（ＣＶＤ法）により、鉄とシリコンの混合物、ある
いは鉄の堆積と、シリコンの堆積を常温または加熱され
た基板上に交互に少なくとも一回以上繰り返し行い、そ
の後アニ−ルして、シリコン層（３）中に金属シリサイ
ド半導体粒子であるβ−鉄シリサイド半導体粒子（４）
を析出させることを特徴とする請求項１記載の金属シリ
サイド発光材料の製造方法。 - 【請求項６】請求項１記載の発光材料を活性層とするこ
とを特徴とする発光素子。 - 【請求項７】上記金属シリサイド半導体粒子を形成する
金属原子が、鉄に代わり、カルシウム、マグネシウム、
バリウム、クロム、マンガン、ルテニウム、レニウム、
オスミウムまたはイリジウムであることを特徴とする請
求項１記載の金属シリサイド発光材料および請求項２か
ら５までのいずれかに記載の金属シリサイド発光材料の
製造方法並びに請求項６記載の発光素子。 - 【請求項８】上記多結晶シリコン（３）に代わり、炭化
ケイ素、窒化ケイ素または酸化ケイ素が利用されること
を特徴とする請求項１または７記載の金属シリサイド発
光材料および請求項２から５または７のいずれかに記載
の金属シリサイド発光材料の製造方法並びに請求項６ま
たは７記載の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33667698A JP2000160157A (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 金属シリサイド発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33667698A JP2000160157A (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 金属シリサイド発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000160157A true JP2000160157A (ja) | 2000-06-13 |
Family
ID=18301653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33667698A Pending JP2000160157A (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 金属シリサイド発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000160157A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003031790A (ja) * | 2001-07-17 | 2003-01-31 | Sharp Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2005303249A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-10-27 | Japan Science & Technology Agency | 半導体デバイスの製造方法 |
| KR100707183B1 (ko) * | 2005-02-19 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | 나노입자의 적층 구조 및 그 제조 방법 |
| JP2012084870A (ja) * | 2010-09-16 | 2012-04-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ナノ結晶凝集半導体材料及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-11-27 JP JP33667698A patent/JP2000160157A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003031790A (ja) * | 2001-07-17 | 2003-01-31 | Sharp Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2005303249A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-10-27 | Japan Science & Technology Agency | 半導体デバイスの製造方法 |
| JP4508761B2 (ja) * | 2004-03-18 | 2010-07-21 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 半導体デバイスの製造方法 |
| KR100707183B1 (ko) * | 2005-02-19 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | 나노입자의 적층 구조 및 그 제조 방법 |
| JP2012084870A (ja) * | 2010-09-16 | 2012-04-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ナノ結晶凝集半導体材料及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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